Question

甲酸甲酯水解反应方程式为：

   

某小组通过实验研究该反应（反应过程中体积变化忽略不计）。反应体系中各组分的起始量如下表：

甲酸甲酯转化率在温度T₁下随反应时间（t）的变化如下图：

（1）根据上述条件，计算不同时间范围内甲酸甲酯的平均反应速率，结果见下表：

请计算15~20min范围内甲酸甲酯的减少量为           mol，甲酸甲酯的平均反应速率

为       mol?min^-1(不要求写出计算过程)。

（2）依据以上数据，写出该反应的反应速率在不同阶段的变化规律及其原因：          。

（3）上述反应的平衡常数表达式为：，则该反应在温度T₁下的K值为              。

（4）其他条件不变，仅改变温度为T₂（T₂大于T₁），在答题卡框图中画出温度T₂下甲酸甲酯转化率随反应时间变化的预期结果示意图。

Answer 1

【答案】（1）0.045  9.0×10^-3

（2）该反应中甲酸具有催化作用

①反应初期：虽然甲酸甲酯的量较大，但甲酸量很小，催化效果不明显，反应速率较慢。

②反应中期：甲酸量逐渐增多，催化效果显著，反应速率明显增大。

③反应后期：甲酸量增加到一定程度后，浓度对反应速率的影响成主导因素，特别是逆反应速率的增大，使总反应速率逐渐减小，直至为零。

（3）0.14

（4）

【解析】（1）15min时，甲酸甲酯的转化率为6.7%，所以15min时，甲酸甲酯的物质的量为1―1.00mol×6.7%==0.933mol；20min时，甲酸甲酯的转化率为11.2%所以20min时，甲酸甲酯的物质的量为1―1.00mol×11.2%==0.888mol，所以15至20min甲酸甲酯的减少量为0.933mol―0.888mol=0.045mol，则甲酸甲酯的平均速率==0.045mol/5min==0.009mol?min^-1。

（2）参考答案。
（3）由图象与表格可知，在75min时达到平衡，甲酸甲酯的转化率为24%，所以甲酸甲酯转化的物质的量为1.00×24%==0.24mol，结合方程式可计算得平衡时，甲酸甲酯物质的量==0.76mol，水的物质的量1.75mol，甲酸的物质的量==0.25mol 甲醇的物质的量==0.76mol
所以K=（0.76×0.25）/（1.75×0.76）=1/7

（4）因为升高温度，反应速率增大，达到平衡所需时间减少，所以绘图时要注意T₂达到平衡的时间要小于T₁，又该反应是吸热反应，升高温度平衡向逆反应方向移动，甲酸甲酯的转化率减小，所以绘图时要注意T₂达到平衡时的平台要低于T₁。
【考点分析】考查考生对化学反应速率概念，化学平衡的了解及其影响因素的理解，对化学平衡常数简单计算的掌握，考查学生知识迁移、读图及表达能力。